《C#从现象到本质》读书笔记（九）第11章C#的数据结构

《C#从现象到本质》读书笔记（九）第11章C#的数据结构

C#中的数据结构可以分为两类：非泛型数据结构和泛型数据结构。

通常迭代器接口需要实现的方法有：1）hasNext，是否还有下一个元素。2）Next，移动到下一个元素。3）Reset，重置。

C#中对迭代器模式的实现就是IEnumerable接口。

使用yield关键字实现方法GetEnumerator。yield的延迟执行特性体现在：只有当需要取值时，才会执行，否则状态机的状态就停在0。

foreach迭代时，不能直接更改集合成员的值，但可以对成员本身的字段和属性进行重新赋值。

IEnumerable的缺点如下：1）IEnumerable功能有限，不能插入和删除。2）访问IEnumerable只能通过迭代，不能使用索引器。迭代时非线程安全的。3）访问IEnumerable必定造成一次求值。

IEnumerable小结如下：

1）IEnumerable及其泛型版本是所有集合的基础，它赋予集合迭代的能力。

2）通常将迭代中拿出来的元素称为iterator。

3）实现IEnumerable接口，必须实现它唯一的方法GetEnumerator。

4）方法GetEnumerator返回一个IEnumerator类型的输出。

5）IEnumerator接口拥有一个Current属性，我们需要实现它的get方法，返回当前的iterator。

6）需要为IEnumerator类型增加一个int类型的值，记录当位置。该类型的初始值为-1。IEnumerator类型的Reset方法将这个值设为-1。

7）IEnumerator接口的MoveNext方法将位置增加1，并返回是否还有下一个元素。

8）通过yield简化方法GetEnumerator的实现。

9）在C#中使用foreach将会隐式地调用MoveNext方法。

10）IEnumerable<T>是整个LINQ的基础。整个LINQ都基于IEnumerable<T>的扩展方法。C#大部分数据结构都实现了IEnumerable<T>。

11）IEnumerable的派生类由于没有反省，所以基本不考虑使用。

常用数据结构特征以及操作时间复杂度见下表

数据结构	类型及备注	插入和删除	查找
Array	顺序存储的线性表 定长	不支持（这里的插入与删除指会更改表长的行为）	O(N)
LinkedList<T>	链式储存的线性表 不定长 无法用下表访问	O(1)	O(N)
List<T>	顺序储存的线性表 不定长 动态扩容	O(N)，结尾则是O(1)	O(N)
Stack<T>	栈 不定长 动态扩容	O(1)	只能访问栈顶
Queue<T>	队列 不定长 动态扩容	O(1)	只能访问队头
Dictionary<K,T>	保存键值对 使用开散列法 不定长 动态扩容 长度总为质数	O(1)	O(1)
SortedList<K,T>	保存键值对 内部使用数组实现 保持有序 不定长	O(log N)	O(log N)
SortedDictionary<K,T>	保存键值对 内部使用红黑树实现 保持有序 不定长	O(log N)	O(log N)
HashSet<T>	使用开散列法 不定长 动态扩容 长度总为质数 是不含值的字典，故复杂度和它完全相同	O(1)	O(1)
SortedSet<T>	内部使用红黑树实现 保持有序 不定长 是不含值的SortedDictionary<K,T>，故复杂度和它完全相同	O(log N)	O(log N)

如何选择数据结构：

首先对于栈和队列，直接使用对应的数据结构即可。对于普通数据源：

如果数据源不是键值对：

a）数据量大，没有重复数据：使用HashSet<T>。

b）数据量大，但可能有重复数据；或数据量小：使用Array，List<T>或LinkedList<T>。

c）没有重复数据，且希望集合处于有序状态：使用SortedSet<T>。

d）有重复数据，且希望集合处于有序状态：没有现车的数据结构提供，可以考虑基于数组实现一个。

如果是键值对：首选是类型安全的字典，然后，如果希望集合处于有序状态，从SortedList<k,T>和SortedDictionary<K,T>中进行权衡。如果数据源数据很少，可以考虑List<KeyValuePair<K,T>>替代字典。

哈希（散列）表（Hashtable）是一种键值对类型的数据结构。它的特点是查找速度飞快。C#的HashTable类把a的最大值定为0.72（Java为0.75），当HashTable中的被占用空间达到72%的时候就将该HashTable自动扩容。

冲突解决技术可分为两大类：开散列法（又称为链地址法）和闭散列法（又称为开放地址法）。对于开散列法，发生冲突的元素存储于数组空间之外。Dictionary<K,T>使用的就是这种方式。对于闭散列法，发生冲突的元素存储于数组空间之内。HashTable使用的就是这种方式。

C#的HashTable内部借助了数组，并采用开放寻址加双重哈希。它通过一个结构体bucket来表示哈希表中的单个元素，这个结构体中有三个成员：a)key:表示键，即哈希表中的关键字。b)表示值，即跟关键字所对应的值。c)hash_coll：int类型，用于表示键所对应的哈希码。

ArrrayList是实现了基于动态数组的数据结构，存在不安全类型与装箱拆箱的缺点。